【课堂革命·新工科教改优秀案例】从项目课程“工程创新与设计”到新工科教育体系设计

——航空航天学院《工程创新与设计》课程组教改纪实

文:王晓刚 学生记者团 谢雨佳 图:“工程创新与设计”课程组 / 来源:学生记者团 / 2019-05-12 / 点击量:2417

  【编者按】“课堂是教育的主战场。课堂一端连接学生,一端连接着民族的未来。教育改革只有进入到课堂的层面,才真正进入了深水区。课堂不变,教育就不变;教育不变,学生就不变。课堂是教育发展的核心地带。”近年来,学校坚持立德树人,持续深入推进教学模式与培养模式改革,建设高水平挑战性研究型教学体系和高水平新工科教育体系;掀起“课堂革命”,不断打造“金课”、淘汰“水课”,涌现出一批先进人物和典型案例。新闻中心开设“课堂革命”栏目,将陆续报道分享他们的好做法、好经验。本期推出新工科教改优秀案例、航空航天学院《工程创新与设计》课程组的教改经验,以飨读者。

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各小组在OpenHouse展示自己的作品

  给大二的本科生800块钱,让他们组建一个创新创业团队、做一个项目、出一个产品,他们会做什么、怎么做?这是一个完全没有现成“答案”的开放式“烧脑”问题,但选修《工程创新与设计》课程的同学们给出的“回答”却能令人眼前一亮。

  从“智慧花卉助手”到“远程遥控伸缩晾衣杆”“半自动封袋垃圾桶”“防视力疲劳小工具”“一体化多功能台灯”“翼伞无人机空投物流”“可穿戴型自拍无人机”……没错,这些与日常生活紧密相关的“接地气”项目,都是学生做过的“作业”。

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800元经费可以“玩”出各种心跳的创意项目

  为了做好这些“作业”,这群大二的本科生不仅要钻研掌握相关技术,还要亲自当一回“总经理”“财务主管”“技术总监”“市场总监”,齐心协力打通从“项目确定”到“团队分工”“市场分析”“营销策略”“资金规划”“销售管理”“风险评估”等一系列关键环节。

  “工程创新与设计”是航空航天学院近年来推出的“新工科”创新性“金课”之一,它以学生为中心,以项目为引导,践行“研究导向型”教学方法和创新创业模拟实训,让学生体验真实的商业运营模式和创新创业行为,从而激发学生具备成为工程师、创新者和技术型企业家的潜力。

缘起:“新工科”教育改革打破专业的“框框”

  “电子科技大学新工科教育改革集成了当前工程教育的最佳实践,‘工程创新与设计’就是在这个基础上的改进和创新!”航空航天学院专业首席教授徐利梅说。秉承这一思想,打破专业的限制,她积极践行“新工科”建设方面的理念和举措,希望将这门创新课程建设成为全校核心通识课程板块的“金课”,在学校建设“新时代一流工程教育”的过程中冲在前列。

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航空航天学院专业首席徐利梅教授在课堂上授课

  虽然“工程创新与设计”课程由航空航天学院的教师团队开设,但该课程的名字中没有任何与“航空航天”相关的字眼。而且,徐利梅教授团队从一开始构思这门课程时,就将“跨界”“交叉”作为关键词,没有为课程划定专业的“框框”。 

  据了解,“工程创新与设计”也在很大程度上借鉴吸收了国际通行的CDIO模式的精华。CDIO模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。从2000年起,麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学联合开展跨国研究历时四年之久,终于创立了CDIO工程教育理念,CDIO分别代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)。

  课程以产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。其培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面,要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。

  也就是说,它不局限于培养学生在某一个专业方向的某种技术能力,而是让学生全面掌握一种产品的整个“生命周期”。因此,“工程创新与设计”虽然是从航空航天学院开始试点发展,但它的意义绝不限于航空航天专业,而是面向所有专业、所有学生。

架构:基于“四级设计(4D)”设计跨学科课程群

  “工程创新与设计”课程首先是航空航天学院本科人才培养方案中的重要一环,也融合了学院的学科特点,并在此基础上进行了系统性的创新和拓展开发。

  据了解,航空航天学院本科生培养方案突出跨学科、技术融合、阶梯实验教学、设计(项目)、挑战性课程(实验)等元素,针对航空航天工程本科专业跨学科、系统性强的特点,设计了“面向航空航天未来工程师的四级设计(4D)跨学科课程群”。

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  该课程群采用“1D”到“4D”以设计为中心的多层学习模式,将开放式设计活动和项目贯穿到了课程中间,小至课堂学习过程中场景和概念的设计与练习,大至需要跨学科和跨学期学习的项目设计,能使学生由简到繁,由单一到复合,达到将工程推理、解决问题、团队工作、交流能力和专业知识进行有机融合,融汇贯通和掌握本专业核心知识的目的。

  为此,该课程群强调“设计-实验的经验”,搭建了“课程实验→综合实验→挑战性实验”体系,实施了“工程概介→工程创新与设计→探空火箭设计与制造→多智能飞行器协同综合创新”构建起了衔接紧密的阶梯式本科实践培养体系。

  在这个体系中,学生经过三年实践,将基本形成点面结合、循序渐进、知识融合、项目牵引、特区支撑的工程教育创新培养模式,旨在为航空航天领域培养高素质的总师苗子。可以看出,在这循序渐进的体系中,“工程创新与设计”是一个重要阶段。

  该课程以“强调继续推行CDIO”“重视学生的学习过程”“强调能力培养”为改革思路,从教学方法、考核方式和考核内容三方面入手,对课程进行了全面配套改革,参考工程认证毕业要求和CDIO能力大纲,制定5个角度的工程能力,着力培养学生创新创业能力,并按照创业公司流程制定并实施商业计划。

  2017年,“工程创新与设计”课程首先针对航空航天学院大二学生开设,结果反响良好。在做项目的过程中,学生能够体验到一些实际工程,为他们今后成为新知识经济的工程师或技术型企业家的职业生涯做好准备。

试点:从航空航天学院开始试点推广

  “工程创新与设计”课程将会运行一个学期(即大二下学期)。该项目主要包含两个部分:项目模块和支撑模块。其中,项目模块将持续整个学期,最后举行一个学生展览,即在一个开放空间展示学生所做的项目产品(或方法)原型。

  课程展开之初,徐利梅教授领导的课程管理团队教师就会对课程的内涵和外延进行系统讲解,将课程中各个环节及节点公布给学生,让学生在此后的学习中做到有的放矢。然后,由资深商务老师授课,从撰写商务计划开始,学生在一次团队会议中选择一名成员作为组长即“总经理”,选择另外一名成员为“财务总管”,以此从学生内部推动教学工作进行。

  之后开展的支撑模块,即加工车间模块,每组学生需要到加工实验室,在技术人员的指导下加工制作项目原型。课程进行期间,将设立商务计划书评价、中期答辩,结题答辩等各类考核环节,促进项目按计划、按节点完成。在一个学期的运行后,项目的产品原型将在开放空间展示。

  这个学期,同学们还需要参加必修的讲座和研讨会。学生5-6人分为一个小组,每个小组必须提出一个产品或方法的想法,同时每个小组还需要对此制定一个技术商业计划。与传统的商务计划相比,它包含更多的技术信息。

  所有项目都由指定的项目技术组和实验组教师团队成员进行指导,以及实验室支撑和学校资助。这将促使学术导师参与学生项目组的方案设计和实现。导师并不是提供“答案”,而是结合自己的生活和工程经验,给学生指点方法、启发思路。团队内部讨论以及与导师开会将在整个学期内进行。

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实效:师生都得到了系统的锻炼提升

  为了上好这门课程,徐利梅教授在师资队伍建设方面下了一番功夫。她把自己比喻成课程的“推销员”,通过讲座、座谈等多种方式推介宣讲课程的创新模式和创新理念,不仅向学校领导宣讲,也向学院领导宣讲、向学院的每个老师推介。

  在她的带动下,谢晓梅、陈滨琦、魏明珠、任玉琢、李翔等30位老师先后加入进来,形成了阵容庞大、分工明确、联系紧密的课程教学团队。随后,她又到英才实验学院、信息与软件工程学院等各学院宣讲,向各专业的师生介绍课程,并邀请他们参加。

  “这个课程是准备面向全校的,所以,我们一开始就在做这个准备。”她说,课程组建设的第一步,也是关键一步,就是让更多的教师了解和接受这个课程的理念,这个过程也是教师队伍遴选、扩大和提升的必要举措。

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商业企划专家查宇老师正在与学生开展课堂讨论

  由于该课程突出了创新创业,因此,在师资方面,课程组积极从校外企业聘请创业导师,保证课程教学满足实际需求。商业企划专家查宇是该课程组的第一位创业导师,她是美国俄亥俄州立大学工商管理硕士,从事商业战略分析及市场营销十五年,先后在 Adobe、百度、联想等公司从事商业分析、品牌管理、市场营销相关工作。

  “我们正在进一步夯实创业导师队伍建设!”徐利梅幽默地说,创业导师是个“苦差事”,不仅要来上课、认真详细地给同学们修改商业企划书,有的创业导师还会自掏腰包,为课程的OpenHous提供赞助。如果学生的作业做得好,还会帮忙找投资、做真正的产业转化。

  学生的反响也越来越好。2018-2019第2学期,选课人数84人,分成了两个班。其中,信息与软件工程学院首次有2名学生选课,每次都从沙河校区赶来清水河校区上课。英才实验学院单独开班双语授课,选课人数36人。

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在OpenHouse展示环节,学生现场讲解、现场答辩

  每学期的OpenHouse展示环节,是师生共同的“丰收季”。各组同学都会兴奋地把项目或产品展示出来,现场讲解、现场答辩。获得优秀的同学,还会收到惊喜小礼物。2018年的11个课程作业中,林浩杰、苏傲男、焦椤方、李世尧、陈潇逸、张晓丹等6位同学设计的“可穿戴型自拍无人机”获得了第一名。“真正地把一个产品做出来并让市场接受,这个过程让人很激动!”2017级林浩杰同学说。

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“可穿戴型自拍无人机”小组合影

拓展:做好准备“全校推广”和“线上分享”

  2018年3月,“构建挑战性学习与研究型教学体系,工程实践与创新能力培养融入全过程”教改项目获得教育部首批“新工科”研究与实践项目立项。为了进一步推广这个课程,徐利梅正在紧锣密鼓地实现课程知识产权的完全自主化,并进一步为“慕课化”奠定基础。

  “我们的目标是,要把这个课程的质量提升到国际一流水平,并争取每学期能够覆盖1000名学生。”徐利梅说,我们学校本科生每年有近五千人,如果覆盖率达到20%以上,就会进一步形成人才培养的规模效应和带动效应,从而推动全校的教学改革和“课堂革命”。

  目前,课程组正在加紧录制视频课程,届时,会将课程相关资源全部上线。她认为,这样做有两个好处:一是对教师的宣讲和培训,可以直接在线上进行,进一步扩大教师队伍建设,提升教师的教学理念和改革创新意识;二是可以避免线下选课、上课等种种不便,让更多的学生能够在线上开展学习和接受指导,扩大学生的受益面。

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  在这个过程中,她还会和课程组全体老师继续坚持到各个学院、企业宣讲,吸引更多学院、专业的师生和更多的优秀企业家、经管人才加入进来,在更大的范围交叉融合,努力让创新创业意识和精神成为成电学子的一种优秀品质,让创新创业成为成电学子人生道路和事业发展的一种积极选择。或许,下一个马云、丁磊就在他们中间!

 

相关链接:

  《工程创新与设计》在线课程:http://study.uestc.edu.cn/eid/index.html

 

 


编辑:王晓刚  / 审核:王晓刚  / 发布者:陈伟